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《天津大学》 2008年
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基于开源软件OpenFOAM的数值波浪水槽建立及应用

徐少鲲  
【摘要】: 波浪现象是港口海岸工程研究的重要问题之一,理论分析、原型观测、物理模型实验、数值模拟是研究波浪问题的主要方法。其中,数值模拟方法由于节省人力物力,不受实验场地和观测仪器影响,同时实验条件和参数容易进行控制和改变,能模拟多种因素在复杂条件下的物理过程,而得到广泛应用。基于此,本文建立了一个三维数值波浪水槽,对波浪的传播变形及其与建筑物的相互作用进行研究。 在开源软件包OpenFOAM的基础上,本文建立了一个基于非结构化网格利用有限体积法求解N-S方程的三维数值波浪水槽模型。模型采用VOF法追踪自由表面,并有多种紊流模拟方式可供选择,具有较高的精度,能很好地模拟波浪的传播变形。此外,程序按MPI标准编写,可以应用并行计算提高计算效率。 采用本文建立的模型,选用RNG模型针对高桩墩式结构影响下的波浪特性进行了二维数值模拟,计算分析了不同淹没深度、不同宽度的墩台影响下的波浪传播特性,以及墩台侧面和底面受波压力的变化情况,探索了不同尺度墩台结构与波浪相互作用的规律。通过对原型尺度算例的模拟,分析了波浪作用下高桩墩式结构稳定性的主要影响因素。 通过采用LES,本文对潜堤附近波浪场及其流动特性进行了三维模拟,并与PIV实验结果进行了对比。计算分析了潜堤结构附近涡的尺度、生成机理和运动变化特征,并得出了潜堤附近波浪运动的三维特性及紊动特征。 针对数值波浪水槽的波高衰减问题,本文提出了相应的解决方案,同时,针对并行环境下的数值计算,本文通过对计算日志的分析探讨了计算网格划分、计算任务设置与计算效率之间的关系,得出了一些有意义的结论。
【学位授予单位】:天津大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:TV139.2

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【引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 余新洲;束一鸣;秦明;;装卸式防汛墙在波浪作用下的变形分析[J];水电能源科学;2012年02期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 杨非;悬挂链移动曝气工作机理与数值模拟研究[D];机械科学研究总院;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 赵雁飞;海上风电支撑结构波浪力及基础冲刷的三维数值模拟研究[D];天津大学;2010年
2 孙斌;波浪作用下玻璃钢浮标水动力特性的数值研究[D];长沙理工大学;2011年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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5 王汉青,王志勇,寇广孝;大涡模拟理论进展及其在工程中的应用[J];流体机械;2004年07期
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中国硕士学位论文全文数据库 前1条
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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4 周传辉;吴银光;陈华良;;双层皮玻璃幕墙风口的确定[J];四川建筑科学研究;2011年02期
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7 张启寿;;离心泵的汽蚀现象[J];安徽化工;2010年01期
8 徐振法;王银凤;唐铃凤;;离心式杂质泵蜗壳内部流场数值模拟[J];安徽工程科技学院学报(自然科学版);2010年01期
9 丁士杰;冯守志;;简放工作面采空区自燃三带观测及数值模拟研究[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2010年06期
10 宫彬彬;高洪波;钱稷;;温室侧窗开窗形式对流量系数取值的影响[J];安徽农业科学;2009年20期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 王利希;周健;Jimmy Tsang;潘乐燕;;汽车空调风道设计及验收方法[A];第七届中国CAE工程分析技术年会暨2011全国计算机辅助工程(CAE)技术与应用高级研讨会论文集[C];2011年
2 孙春耕;罗璟;张利;何敏;;水压双喷嘴挡板阀先导阀的CFD分析[A];第十五届流体动力与机电控制工程学术会议论文集[C];2011年
3 鲁建英;陈朗;;密闭空间内丙烷泄漏燃烧爆炸三维数值模拟计算[A];全国危险物质与安全应急技术研讨会论文集(上)[C];2011年
4 王国庆;昌旭东;付广智;;事故条件下~(239)PuO_2气溶胶微粒在室内小环境扩散的三维数值模拟[A];全国危险物质与安全应急技术研讨会论文集(上)[C];2011年
5 刘福生;谭鲁志;王刚;;多区域网络模型在高速列车通风系统中的应用研究[A];中国建筑学会建筑热能动力分会第十七届学术交流大会暨第八届理事会第一次全会论文集[C];2011年
6 孙赫晨;赵静野;;流体自控振荡器的模拟研究[A];中国建筑学会建筑热能动力分会第十七届学术交流大会暨第八届理事会第一次全会论文集[C];2011年
7 齐晓娟;田瑞;杨晓宏;李嵩;;旋转切向入流膜蒸馏装置热容腔CFD的数值模拟[A];膜分离技术在石油和化工行业中应用研讨会论文集[C];2006年
8 于艳;樊耀波;徐国良;王琦;杨文静;;计算流体力学在膜技术及膜生物反应器研究中的应用[A];2010年膜法市政水处理技术研讨会论文集[C];2010年
9 韩传军;刘洋;李蓉;李大彬;雷中清;;基于CFD的三缸柱塞泵泵阀失效机理研究[A];非常规油气资源勘探开发装备及应用技术研讨会论文集[C];2011年
10 刘雪美;张晓辉;马伟伟;刘丰乐;;MQ-600型气流辅助式喷杆弥雾机风机设计与试验[A];中国农业工程学会2011年学术年会论文集[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 戴萍;气膜孔几何结构对涡轮叶片气膜冷却的影响研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 李佳;载人潜器阻力性能的数值和试验预报及外形优化研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 穆勇;燃气轮机双燃料燃烧室流场及污染排放数值研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 邓锐;阻流板对双体船水动力性能影响的数值研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 王超;螺旋桨水动力性能、空泡及噪声性能的数值预报研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 王革;有壁面质量注入通道流体动力学典型问题分析[D];哈尔滨工程大学;2009年
7 王忠义;船用燃气轮机排气引射装置性能研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
8 黄燕;碟形越浪式波能发电装置的水动力性能研究[D];中国海洋大学;2010年
9 韩艳;海底管线的冲刷与导流防护技术研究[D];中国海洋大学;2010年
10 王春林;旋流自吸泵设计及内部流动研究[D];江苏大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王高飞;通风方式对气流组织和室内空气品质的模拟研究[D];河南理工大学;2010年
2 王发辉;基于FLUENT的干法磁分离机理的数值模拟[D];河南理工大学;2010年
3 侯建军;高温矿井热环境数值模拟及热害控制技术研究[D];河南理工大学;2010年
4 王春磊;输送石灰石悬索桥钢索塔抗风性能研究[D];山东科技大学;2010年
5 苏超;变压吸附管道流体动力学特性研究[D];山东科技大学;2010年
6 李连举;轴流式通风机气动噪声分布特性的数值研究[D];山东科技大学;2010年
7 王珺;山区风特性参数与自锚式悬索桥的静风稳定性研究[D];山东科技大学;2010年
8 胡海燕;等离子体喷涂射流的数值模拟[D];浙江理工大学;2010年
9 万方方;蒸发式冷凝器数值模拟与优化[D];郑州大学;2010年
10 姜逢章;蜂窝板传热元件的性能研究[D];郑州大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 付世晓,范菊,陈徐均,崔维成;考虑浮体弹性变形的锚泊系统分析方法[J];船舶力学;2004年02期
2 李炎保,谷汉斌,张绍松;Wave Reflection Caused by Wave Overtopping and Sloping Top of Spructure[J];China Ocean Engineering;2002年02期
3 刘愉强;盛岩峰;何红辉;姜峰;朱鹏利;黄庆雄;;玻璃钢浮标材料的增强改性探讨[J];材料开发与应用;2008年05期
4 封星;吴宛青;吴文锋;张成兴;;二维数值波浪水槽在FLUENT中的实现[J];大连海事大学学报;2010年03期
5 李林普,张日向;波流作用下大直径圆柱体基底周围最大冲刷深度预测[J];大连理工大学学报;2003年05期
6 齐鹏,王永学;三维数值波浪水池技术与应用[J];大连理工大学学报;2003年06期
7 王永学;孤立波破碎过程试验与数模结果比较[J];大连理工大学学报;1994年04期
8 王志勇;许振成;虢清伟;熊正为;张永亮;彭福全;;HRT对悬挂链曝气式生物接触氧化工艺的影响[J];环境科学与技术;2009年05期
9 谢世楞;海上墩式建筑物周围的冲刷问题[J];港工技术;1987年01期
10 王环宇;孙昭晨;;一种新型浮式防波堤的试验研究[J];港工技术;2009年04期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 郑艳娜;波浪与浮式结构物相互作用的研究[D];大连理工大学;2006年
2 赵云鹏;深水重力式网箱水动力特性数值模拟研究[D];大连理工大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前9条
1 柴翔;基于OpenFOAM对两相流动的数值研究[D];上海交通大学;2011年
2 孙海涛;船舶波浪稳性的数学模型及在滚装船上的应用[D];大连海事大学;2002年
3 汪治平;双叶轮液下自引气曝气机优化运行实验研究[D];江苏大学;2005年
4 林江波;浮子式海浪发电船的动态分析与仿真[D];燕山大学;2006年
5 李胜忠;基于FLUENT的二维数值波浪水槽研究[D];哈尔滨工业大学;2006年
6 杨进先;波浪作用下系泊船舶撞击能量的试验研究[D];河海大学;2007年
7 张齐焰;非线性波浪冲击透空结构物数值模拟[D];浙江大学;2008年
8 吴米玲;防波堤水力特性的垂向二维波浪数学模型研究[D];天津大学;2007年
9 张婷;波浪的三维数值模拟及其应用[D];天津大学;2009年
【二级引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 刘成祥;斜向波流作用下海底管线周围流场及管道受力分析[D];长沙理工大学;2012年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李谊乐,刘应中,缪国平;二阶精度的VOF自由面追踪方法及其应用[J];船舶力学;1999年01期
2 向屏,郭印诚;二维槽道湍流拟序结构的大涡模拟[J];工程热物理学报;2002年05期
3 王兵,张会强,王希麟,郭印诚,林文漪;不同亚格子模式在后台阶湍流流动大涡模拟中的应用[J];工程热物理学报;2003年01期
4 许卫新;顾兆勋;;二维非定常水跃的数值计算[J];河海大学学报;1988年02期
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7 刘宁宇,陆夕云,庄礼贤;分层剪切湍流大涡模拟的一种动力学亚格子尺度模型[J];中国科学(A辑);2000年02期
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中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 李本霞;斜向和多向不规则波对直立堤作用的研究[D];大连理工大学;2003年
【相似文献】
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3 于波;弱可压缩流体流动模型及数值求解[J];长江科学院院报;2001年01期
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7 朱嵩;毛根海;;笛卡尔切割单元法在湖泊二维流场模拟中的应用[J];江南大学学报(自然科学版);2006年05期
8 曾小辉;李向阳;李国杰;;洋浦港潮流场数值模拟[J];水道港口;2006年05期
9 王远坤;夏自强;蔡玉鹏;;葛洲坝下游中华鲟产卵场流场模拟与分析[J];水电能源科学;2007年05期
10 向波;蓝霄峰;纪昌明;罗庆松;;基于二阶差分法和非结构网格的有限体积法的溃坝模拟[J];水动力学研究与进展A辑;2007年06期
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6 李贵;孙蓓蓓;朱壮瑞;高晔;;基于FLUENT的发动机舱内部流场数值模拟[A];第五届中国CAE工程分析技术年会论文集[C];2009年
7 艾辉林;陈艾荣;;基于ALE格式的动网格方法数值模拟桥梁断面气动导数[A];第十三届全国结构风工程学术会议论文集(下册)[C];2007年
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9 孔祥东;张晓剑;姚静;李立丰;;水压机主分配器内进水阀的数值模拟及结构改进[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集(上)[C];2007年
10 王志力;陆永军;耿艳芬;;二维无结构网格物质输运数值模拟[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 郭晓宇;数值波浪水槽及其应用研究[D];上海交通大学;2011年
2 陈浩;有限体积法在结构动力及可靠性分析中的应用[D];哈尔滨工程大学;2012年
3 高山;二维数值波浪水槽模式的建立和应用及浪流相互作用研究[D];中国海洋大学;2003年
4 高睿;SPH强非线性水动力学数值模型的改进与应用[D];大连理工大学;2011年
5 于长华;基于应力佳点的双二次元有限体积法[D];吉林大学;2012年
6 张胜;不定椭圆问题有限体积法的算法研究[D];复旦大学;2003年
7 杜王盖;建筑风场任意六面体同位网格系统的数值模拟[D];浙江大学;2005年
8 贺立新;间断Galerkin有限元方法及其与有限体积混合计算方法研究[D];中国空气动力研究与发展中心;2008年
9 王金铭;工程电磁场耦合问题分析的若干数值技术研究[D];沈阳工业大学;2006年
10 顾闻彦;圆盘式旋流纺纱输送管道结构的研究[D];江南大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 徐少鲲;基于开源软件OpenFOAM的数值波浪水槽建立及应用[D];天津大学;2008年
2 蔡伟明;微型直升机旋翼的气动力计算[D];西北工业大学;2005年
3 南小妮;螺旋槽气体端面密封的三维稳态数值分析[D];北京化工大学;2005年
4 张辉辉;有限体积法在分期导流束窄河道流场二维数值模拟中的应用研究[D];武汉大学;2005年
5 鲍远林;有限体积流矢量分裂法在洪水演进中的应用[D];华中科技大学;2005年
6 陈丕翔;基于有限体积法的二维水流水质模拟[D];河海大学;2007年
7 林迪洋;湛江湾填海工程的水动力条件影响及泥沙冲淤预测[D];中国海洋大学;2005年
8 王洪涛;粘弹性聚合物溶液微观渗流的有限体积方法[D];大庆石油学院;2005年
9 王俊杰;基于Euler方程的三维自适应笛卡尔网格在复杂外形上的应用研究[D];西北工业大学;2005年
10 林伟波;垂向密度变化的环境流体中射流特性的数值研究[D];河海大学;2006年
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